油田供水公司SCADA監控系統設計

蔡昌新,吳 欽 (長江大學電子信息學院,湖北荊州434023)

焦長帥 (東方地球物理公司遼河物探分公司,遼寧盤錦124010)

長期以來,油田供水公司的生產單元非常分散,大量的水源井、水源站、用戶和龐大的給水、供水管網分散在整個市區和油田礦區內;采用原始的人工抄表、人工巡檢的方式,導致數據監測、匯總和應急處理的嚴重滯后,導致油田供水公司生產管理系統的自動化、信息化水平較低,不能適應企業快速發展的要求[1]。為此,為提升供水公司生產運行調度指揮能力,保障設備、管網安全運行,提高工作效率,筆者根據油田實際情況建立生產運行遠程實時測控系統。

1 系統整體結構和功能

根據油田的實際情況,設計的的系統整體結構如圖1所示。該系統以供水公司機關為核心節點,建立生產調度指揮中心,由水源井運行測控、自來水廠運行監測、供水管網運行監測、大用戶抄表計量等4個子系統和視頻監控子系統、管網地理信息子系統等幾部分組成。傳輸方式根據各子系統的特點采用GPRS、光纜或寬帶網等網絡[2-3]。系統主要解決供水公司生產過程自下而上的信號采集、傳輸和實現自上而下的控制和管理,實現生產過程自動化以及管理信息化,從而實現最大限度的節約用水,創建現代節水型供水企業,實現社會效益、經濟效益雙豐收。

2 測控系統功能

2.1 數據采集功能

該系統首先可以實現數據定時采集,主要是遠程監測中心可通過無線數傳通道定時向所有現場測控單元發出監測命令,實現對所有監測點的數據實時監測。水源井監測數據包括電流、電壓、流量、累積水量和井下水位。水源站監測數據包括清水池液位、單井來水流量、外輸流量、壓力、外輸壓力報警、水泵電機電流。供水管網測壓點監測數據包括壓力及壓力上、下限報警。用戶水表監測數據包括流量、累積水量、壓力、交費情況,根據用戶交費情況控制供水閥門的開關。另外,該系統還可以實現按需數據采集,遠程生產調度指揮中心可在任何時刻請求召喚任一個或多個監測點的數據。所具有的通訊控制功能包括啟動、停止對水源井和其他終端的數據采集、切換終端使用的通道等;通道質量監視及故障診斷,通訊流量計算;也可以支持多種通訊規約、多種通訊通道;添加、刪除水源井和其他監測終端,修改終端通訊參數,如地址、通訊規約、數據召喚周期等;修改測控終端參數,如各種報警限值等,并將必要的參數下發到測控終端。

圖1 系統整體結構

2.2 數據處理功能

該系統對模擬量液位、壓力等可分別設置報警上、下限和有效上、下限,當數據越限值時可生成報警記錄,并且能保存報警記錄;數據保存周期可按不同數據類型設置為逢變即存10、30、60min保存周期;另外,所有系統操作均有授權控制,軟件系統設定管理者權限,公司領導擁有所有訪問、查詢和控制權限,生產協調科擁有數據訪問、統計、打印輸出權限,技術科擁有與生產有關的數據查詢權限,營業中心擁有用水戶資料查詢權限,以上權限還可以根據公司意見設定和更改。

3 水源井測控系統基本架構

水源井運行測控子系統分為2個部分:現場測控單元和遠程監控中心 (見圖2)。水源井泵房與水源站儲水罐的各種運行狀態和運行參數由現場測控單元采集獲得,然后經過GPRS無線數傳到遠程監控中心,進行各種顯示、處理以及發布。

圖2 水源井遠程監控系統

3.1 現場測控單元

現場測控單元分為水源井泵房專用數據測控箱和水源站儲水罐用的通用型數據測控箱2種,每種測控箱都包括無線通訊及現場的測控RT U以及相應的供電、防浪涌等設施。

水源井泵房測控單元實現對一臺潛水泵的綜合測控和保護,功能包括潛水泵的電力測量、接觸器故障檢測、井下液位測量、流量測量、水壓測量以及電力智能保護等,具有高可靠性,較寬的工作溫度范圍,較高的防雷防浪涌能力,較高的電磁抗干擾能力。在水源井泵房安裝水泵電控箱和水源井泵房專用數據測控箱。水泵電控箱內部電氣結構與普通電控箱基本相同,增加遙控信號控制繼電器和監測供電電源的電壓、電流采集線路接口、定時器等設備。

水源站測控單元使用通用型數據測控箱,它包括無線通訊及現場的測控RT U以及相應的供電、防浪涌等設施。每個水源站使用1個通用型數據測控箱可以實現對1～2個儲水罐的壓力、液位、進/出口流量和壓力的監測,并將監測數據傳送到供水公司生產調度指揮中心,并與其下轄的水源井運行數據相關聯,保證儲水罐內水位正常。

3.2 水源井與儲水罐的邏輯控制

圖3 水源井與儲水罐邏輯控制示意圖

根據現場實際情況,水源井與儲水罐的距離遠近不等,最近的只有50～60m左右,最遠的大于1500m,工控系統中傳感信號有線連接可靠傳輸距離最遠小于500m左右,而且還受到地理環境限制,施工維護很困難,原則上超過100m的現場建議不采用有線連接,只能采用無線將數據傳輸到生產調度指揮中心,通過中控系統的軟邏輯功能實現兩者之間的邏輯控制[4-5]。圖3是水源井與儲水罐之間的邏輯控制示意圖。其邏輯控制是:①一級命令,即小于100m的現場。如果勘察現場水源井與儲水罐的距離小于100m,且符合有線施工條件的,可以在儲水罐安裝可設定高、低限位的液位計,將高、低限報警開關信號通過直連線路送到水源井泵房專用數據測控箱中的 RT U,經判別后輸出信號到電控柜控制潛水泵開停機。②二級命令,即大于100m小于1000m的現場。在儲水罐安裝超聲波液位計或壓力變換器,將儲水罐液位數據或壓力數據經通用型數據測控箱采集后,通過GPRS網絡傳送到供水公司生產調度指揮中心,利用中控系統的軟邏輯功能判別后,將控制信號再通過GPRS網絡傳送到水源井泵房專用數據測控箱中的RT U,輸出信號到電控柜控制潛水泵開停機。③三級命令,即大于1000m的現場,根據現場潛水泵的功率、輸水管線線徑以及儲水罐的容量,調整電控柜內的定時器,使其在工作一段時間后,自行斷電停機,以避免因無線路由障礙導致開機后無法及時停機,杜絕浪費電能和水資源的現象發生。

4 系統監控中心要求及功能

系統監控中心一方面滿足供水公司整個流程的實時監控功能,另一方面滿足日常數據的報表與數據發布等。因此,設計的系統具有細膩的圖像和逼真的動畫顯示;功能齊全的數據采集界面;報警發生時,可自動推出報警畫面;生成各采集參數的時間曲線、歷史數據綜合查詢及實時數據顯示、報表的生成及打印、WEB發布、以及遙控啟、停井等。

5 結 語

供水公司SCADA系統技術先進、實用,能夠極大的提高企業的生產和服務的自動化水平,是實現企業綜合自動化和信息化的基礎,在生產運行中發揮重要作用。該系統的實施能極大的提升供水公司生產運行調度指揮能力,保障設備、管網安全運行,提高工作效率;大量減少員工工作強度,大量減少因巡井、巡線產生的交通費用。

[1]陳素麗,林莉,任福深.油田供水管網的自動劃分技術及計算方法[J].石油礦場機械,2006,36(6):75-78.

[2]張敏,曹利人.基于現場總線的SCADA系統在污水處理廠的應用[J].中國給水排水,2006,22(22):75-78.

[3]李麗君.SCADA系統在蘇丹油田上的應用 [J].中外能源,2006(4):55-59.

[4]陳永軍,喬清波,鄭招生,等.SCADA系統在油田抽油機遠程測控中的應用[J].儀器儀表與分析監測,2006(4):6-8.

[5]姜立賀,楊士勇.SCADA系統在冀東油田高尚堡作業區的應用 [J].油氣田地面工程,2007,47(10):40-41.